IlluMOONation - model inteligentního osvětlení: 7 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Už jste někdy vzhlédli k noční obloze a neviděli jste žádné hvězdy?

Miliony dětí na celém světě nikdy nezažijí Mléčnou dráhu, kde žijí, kvůli zvýšenému a rozšířenému používání umělého světla v noci, které nejenže zhoršuje náš pohled na vesmír, ale také negativně ovlivňuje naše prostředí, bezpečnost, spotřebu energie a zdraví.

Po tři miliardy let žil život na Zemi v rytmu světla a tmy, který byl vytvořen výhradně osvětlením Slunce, Měsíce a hvězd. Nyní umělá světla přemáhají temnotu a naše města v noci září, narušují přirozený vzor den-noc a posouvají delikátní rovnováhu našeho prostředí. Jedním druhem, který je tímto jevem zvláště poškozen, jsou mořské želvy.

Když se narodí mořské želvy, dívají se na Měsíc jako na zdroj světla, který je pro jistotu dovede k oceánu. Ale v dnešní době se pouliční osvětlení u pláží stalo tak jasným, že želví mláďata často končí za nimi do ulic, umírají buď dehydratací, predátory nebo je přejedou vozidla na silnici. Těmito do očí bijícími světly jsou poškozována i další noční zvířata, i když ne ve stejné míře jako želvy. Zvýšené používání těchto chladných světel v noci může způsobit, že se odchýlí od normálního cirkadiánního rytmu a vykompenzují své biologické funkce, někdy dokonce až do míry smrti.

U lidí modré světlo ovlivňuje naše hladiny melatoninu, což vede k menšímu spánku a mnoha dalším problémům, které v důsledku toho vznikají. Výzkum naznačuje, že umělé světlo v noci může zvýšit riziko obezity, deprese, poruch spánku, cukrovky, rakoviny prsu a dalších.

Pokud jste dočetli až sem, možná se ptáte, čím vám můžeme pomoci? Dobrým začátkem je jednoduše vypnout světla, když nejsou potřeba, a změnit barvu světel na červenou a žlutou. Potřebujeme však systém, který by mohl být implementován ve městech po celém světě, aby skutečně měl dopad a zvrátil ničivou daň, kterou na naši Zemi přineslo světelné znečištění.

My zde v SEAside Lighting Co. jsme přišli s dokonalým řešením. Představujeme vám: illuMOONation -náš vlastní inteligentní osvětlovací systém skládající se z ekologických pouličních svítidel vyrobených ze základních senzorů a LED diod. illuMOONation není jen objektem aktivovaný a ekologicky řízený, ale také něco, co si můžete VYDĚLAT doma! Zaujalo vás to? Pokračujte ve čtení, abyste zjistili, jak vytvořit vlastní verzi tohoto modelu inteligentního osvětlení … a možná z něj jednoho dne uděláte skutečnou realitu!

Klíčové vlastnosti:

• Pohyblivá světla - Ultrazvukový senzor detekuje, kde se nachází předmět, a zapne příslušné světlo, zatímco ostatní zůstanou vypnuté
• Jednostranné-na straně oceánu a směřující od pláže, aby zvířata, která přicházejí na břeh v noci, nebyla rušena oslněním, a přesto poskytovala plné pokrytí ulic pro vozidla a chodce
• Světla v červených tónech - Noční zvířata mají vylepšené schopnosti vidět kratší vlnové délky, takže teplejší tóny je tolik neovlivňují, také lépe pro lidi kvůli škodlivým dopadům modrého světla v noci, které jsou zmíněny výše
• Reflexní stínění a úhel směrem dolů - světlo je směrováno pomocí reflexního materiálu uvnitř stínícího modulu a je skloněno dolů, takže pokrývá větší oblast bez zvýšení rozptylu světla
• Světlý/Tmavý režim - Světla a senzory, které nejsou potřeba, jsou deaktivovány, když svítí, aby se šetřila energie
• Reaguje na počasí - měří teplotu a vlhkost a snižuje intenzitu, když je náchylnější k většímu rozptylu světla
• Ekologický - Chytrý energetický systém využívající solární panel k nabíjení baterie snadno dostupným slunečním zářením, aby se omezilo přidávání fosilních paliv do atmosféry
• Centrální displej - OLED obrazovka zobrazuje hodnoty senzorů a režim osvětlovacího systému, dostupnější pro běžné uživatele i správce
• Protokolování dat - data senzoru jsou uložena na SD kartu, takže je lze analyzovat za účelem dalšího vylepšení modelu a kalibrace podle prostředí

Zásoby

Struktura -

• 2 pěnové desky 11 "x 14"
• 2 nanukové tyčinky
• Čtverec 6 "x 6" hliníkové fólie
• 3 Zelené čističe potrubí
• 1 kolíková tyč (průměr 1/2 ")
• 3 široké slámy
• Písek
• Stavební papír žlutý, zelený, modrý, hnědý a černý

Elektronika -

• 3 RGB LED
• Ultrazvukový senzor
• Snímač teploty/vlhkosti DHT
• Fotorezistor (sada Snap Circuits Kit nebo ze sady Arduino)
• Mini solární panel
• Mini OLED displej
• Čtečka karet Micro SD
• Micro SD karta
• 2 Arduino
• 2 napájecí konektory DC až 9 voltů
• 2 9voltové baterie
• Prkénko
• Rezistor 100 kOhm
• 6 100 ohmových rezistorů
• Usměrňovač diod
• Arduino IDE (nainstalováno pro spuštění kódu)
• Alligator Clip-to-Male, Male-to-Female a Male-to-Male Wire

(Kliknutím ZDE zakoupíte startovací sadu Arduino UNO se senzory, dráty atd.)

Zařízení -

• Pistole na horké lepidlo
• Nůž X-Acto
• Nůžky
• Lepidlo
• Tekuté lepidlo
• Štětec
• Nůžky na drát

Krok 1: Vytvořte prostředí

1. Vezměte pěnové desky a za horka je slepte delšími stranami v jedné rovině, abyste vytvořili větší základnu pro váš model.
2. Zlomte tyčinky nanuku na polovinu a horké lepidlo je rovnoměrně rozmístěte a kolmo podél čáry, kde se setkávají 2 desky. To má posílit kloub.
3. Označte hmoždinku na 4 2palcové kusy a rozřízněte je nožem X-Acto.
4. Vytvořte otvory ve 4 rozích desky asi 1,5 “od okrajů a zalepte kousky hmoždinek dovnitř. Ujistěte se, že hmoždinky jsou kolmé na desku ze všech úhlů.
5. Otočte desku a zkontrolujte, zda je rovná (měla by být jako mini stůl). Vystřihněte kousky stavebního papíru a vytvořte silnici, trávu, chodník a rozdělovač.
6. Přilepte tyto kousky na desku pomocí lepicí tyčinky, abyste ukázali prostředí osvětlovacího systému.
7. Pomocí štětce rozetřete tekuté lepidlo na prázdnou stranu desky. Než zaschne, přidejte písek a rovnoměrně vklepejte do lepidla, dokud se nelepí. Poté pomocí modrého papíru simulujte vodu na této „pláži“.
8. Otočte čističe trubek do tvaru 2 mořských želv, aby představovaly zvířata žijící v cílovém prostředí.

Krok 2: Přidejte světla

1. Rozřízněte slámu na polovinu a vytvořte póly pro vaše světla.
2. Deskou v děličce, která vede mezi pláží a chodníkem, vytvořte 3 rovnoměrně rozmístěné otvory. Vyzkoušejte, jestli sláma sedí, ne -li je zvětší.
3. Nalepte hliníkovou fólii na kus černého stavebního papíru stejné velikosti pomocí lepicí tyčinky. Trasujte přiloženou šablonu na papír 3krát a vystřihněte tvary, abyste vytvořili stínění pro světlo.
4. Uprostřed každého stínění vytvořte otvor pro LED. Začněte po malých krocích a zvyšujte pouze v malých krocích, dokud LED dioda nezapadne, ale nepropadne.
5. Sklopte 4 strany stínění (fólií nahoru). Pomocí malých pásků spojte boky a vytvořte 3D.
6. Ohněte světelnou část LED diod dolů, aby svíraly svislé svody v úhlu 60 stupňů.
7. Připojte 3 vodiče muž-žena k příslušným vodičům: černý pro uzemnění, zelený pro zelenou hodnotu a červený pro červenou hodnotu. Modrý kolík je pro tento projekt nepoužitý. Protáhněte dráty stožáry slaměného světla.
8. Žhavé lepení stínění na každou LED ze zadní strany, přičemž se nedotýkejte přímo součástí ani kovových vodičů.
9. Protáhněte dráty a spodní část brček otvory v desce. Pomocí horkého lepidla zajistěte tyče kolmo na základnu ze všech směrů.

Krok 3: Přidejte senzory

1. Vyřízněte štěrbinu pro ultrazvukový senzor na konci silnice, asi 0,5 palce od okraje desky. Zatlačte senzor dovnitř tak, aby byl kolmý k základně z bočního pohledu a zajistěte ho horkým lepidlem. To je nesmírně důležité, aby údaje byly přesné a signály se odrážely od objektu, nikoli od desky.
2. V rohu na opačné straně silnice vyřízněte otvory tak, aby odpovídaly kolíkům OLED a DHT. Znovu zajistěte horkým lepidlem, aniž byste ohrozili jakékoli elektrické součásti.
3. Pomocí pásky připevněte fotorezistor na závoru a před první světlo. Tento modul fotorezistoru je dárek, který laskavě poskytl Elenco, tvůrce Snap Circuits, jako dar programu.
4. Nakonec připojte senzory k Arduinu pomocí prkénka a dodaných schémat zapojení. Nezapomeňte propojit 2 Arduino dohromady a na druhém Arduinu, který je známý jako „zaměstnanec“, mít pouze obvod karty SD. Ten druhý se všemi senzory je „šéf“.

Krok 4: Přidejte kód

1. Než budete pokračovat, projděte si vývojové diagramy, abyste porozuměli zásadám poskytovaného kódu a jeho fungování v modelu.
2. Nainstalujte si do počítače software Arduino IDE. Stáhněte si kód z přiložené složky na Disku Google. Pokud kompilátor vyzve, nainstalujte a zahrňte knihovny SPI, Wire a DHT, Adafruit_GFX a Adafruit_SSD1306 ze Správce knihoven.
3. V případě potřeby změňte čísla pinů tak, aby odpovídala vašemu obvodu. Pokud jste použili stejné kolíky jako dodaná schémata zapojení, tento krok ignorujte.

Krok 5: Otestujte model

1. Nahrajte příslušný kód do každého Arduina a připojte se k bateriím pro napájení.
2. Spusťte program tak dlouho, jak je potřeba ke shromažďování dat, automaticky se spustí přepis karty SD.

V příloze jsou data, která jsme shromáždili v rámci zkušební verze našeho modelu. Bohužel kvůli povětrnostním podmínkám a problémům s bezpečností jsme nebyli schopni jej testovat venku, ale stále nabízí důkaz koncepce a informace o testovacím prostředí.

Během zkušebního období zůstávaly hodnoty teploty a vlhkosti relativně stejné kvůli vnitřní regulaci podmínek v testovacím prostředí (dům). Existuje několik periodických špiček, ale ty pravděpodobně představují chyby vzhledem k jejich vzácnosti a nedostatku korelace. Vzdálenost se také nemění mimo hranici chyby, protože v okolí se nepohybovala žádná skutečná auta lidí. Pokud by se však jednalo o model v plném měřítku, vzdálenost by byla pravděpodobně nejvariabilnějším faktorem kvůli neustále se měnícím úrovním aktivity v této oblasti a nedostatku předvídatelnosti těchto vzorců. Protože byl model umístěn poblíž okna, hodnoty fotorezistoru ve skutečnosti drasticky kolísají. Když je model poprvé spuštěn v noci, čtou v rozsahu pod 50. Jak však vychází slunce a okolní osvětlení je jasnější, hodnoty fotorezistoru podle toho stoupají. Poté graf opět klesne, když jsou rolety v testovací oblasti zatažené, ale vystřelí zpět nahoru, když je zapnuto umělé osvětlení místnosti. Na závěr lze říci, že prostřednictvím těchto shromážděných údajů je jasně prokázáno, že náš model ve skutečnosti přesně hlásí údaje o svém okolí a že tyto informace lze použít ke změně nastavení systému tak, aby odrážely podmínky, ve kterých se nachází, a přispěly ke snížení světelného znečištění jako celý.

Krok 6: Odstraňování problémů

Nic se neděje? Chcete -li problém vyřešit, vyzkoušejte tyto kroky:

Než začnete -

• Ujistěte se, že se kód kompiluje a je správně nahrán do obou Arduinos. Pokud kompilátor zobrazí chybovou zprávu, proveďte změny podle toho, co říká. Některé běžné problémy jsou nesprávné/nedostatek knihoven, chybějící středník nebo nesprávný port vybraný pro připojení USB.
• Zkontrolujte zapojení a nabití baterie. Ujistěte se, že napájecí a zemnící lišty na prkénku jsou připojeny k Arduinu.

Nesvítí světla? -

• Ujistěte se, že OLED říká „Aktivován tmavý režim“. Chytrý systém deaktivuje diody LED během „světelného režimu“, aby šetřil energii a zabránil zbytečnému používání.
• Pomocí jednoduchého kódu, který je zapíná a vypíná, zjistíte, zda jsou vaše LED diody spálené. Při testování nezapomeňte zahrnout odpor.

OLED se nezapne? -

• Připojte „zaměstnance“Arduino k počítači a otevřete sériový monitor, abyste se ujistili, že se hodnoty načítají.
• Zkuste smazat stávající soubor na SD kartě a znovu spustit kód.

SD karta nečte data? -

• Zkontrolujte, zda je karta SD vložena do čtečky správně.
• Zkontrolujte, zda je pro data na kartě k dispozici dostatečné úložiště.

Něco dalšího? -

Kontaktujte nás a my vám pomůžeme problém vyřešit

Krok 7: Závěr

Celkově vzato je illuMOONation ideálním komplexním řešením osvětlení pro osvětlení na nábřeží po celém světě. Jeho jedinečné vlastnosti nebyly na trhu s osvětlením nikdy předtím vidět a jeho dopad na snižování světelného znečištění a zároveň šetrnost k životnímu prostředí a přínos pro lidi i druhy zvířat nemá obdoby. Víme však, že illuMOONation není dokonalý. Vzhledem k omezenému časovému rámci a materiálům poskytnutým pro projekt jsme nebyli schopni vyrobit model v plném měřítku a otestovat jej ve skutečném venkovním prostředí. Ale s VAŠÍ pomocí můžeme posunout illuMOONation na další úroveň a začlenit ji do našich každodenních životů, pro lepší svět pro veškerý život na Zemi.

Plány do budoucna -

Našimi dalšími kroky v rámci tohoto projektu by bylo přidat další komponenty a naprogramovat je tak, aby odpovídaly také prostředí. Bylo by například prospěšné zahrnout citlivější senzory pro rozlišení činnosti zvířat a vozidel/lidí, protože pro procházení divokou zvěří není nutné zapínat světla. Kromě toho plánujeme mít na každém světelném sloupku IR vysílač a přijímač, který bude na pláži tvořit „neviditelnou zeď“vpředu. „Zeď“by byla aktivována pouze v noci během období rozmnožování želv a zněla by jemným bzučákem, který by signalizoval, že někdo přešel do oblasti pláže. Toto je další připomínka, jak být ohleduplní k původní divoké zvěři a zabránit ještě více z nich být poškozeni. Rádi bychom také byli schopni implementovat solární energetický systém, pokud budeme mít odpovídající materiály, protože energetická účinnost je dalším důležitým faktorem snižování antropogenního účinku na náš dnešní svět. Rádi bychom také spolupracovali s dalšími týmy a začlenili naše nápady společně, abychom vytvořili jedno řešení, které řeší mnoho problémů týkajících se světelného znečištění a je skutečně komplexním řešením osvětlení.

Výzvy a úspěchy -

Dokončení astro-vědeckého workshopu, aniž byste skutečně přišli na Adler, byla změna, kterou nikdo nemohl předvídat. Spolupráce na inženýrském projektu prostřednictvím Zoom byla obzvláště obtížná, protože nevidíme, co každý člověk dělá ve svém vlastním domě, takže je těžké odstraňovat problémy a odstraňovat je hned, jak nastanou. Použili jsme však určité mechanismy, abychom se ujistili, že zůstaneme na cestě k našemu plánu, a každý si je vždy vědom toho, co každý člověk dělá. Jedním z vrcholů byla naše tabulka sledování projektu, kde jsme vymezili každý z úkolů, jejich popis, stav, kdo je dokončí a celkový průběh projektu. To nám umožnilo pracovat efektivněji, protože jsme se mohli navzájem kontrolovat a podle potřeby pomáhat, a umožnilo nám to rozvíjet komunikační dovednosti, které budou zásadní zejména v těchto nadcházejících měsících.

Poděkování -

Velký výkřik našemu úžasnému instruktorovi Ježíši Garciovi za to, že nás naučil používat všechny různé komponenty a poskytl nám příležitost účastnit se tohoto programu, a to i ve vzdáleném prostředí. Dále moc děkuji Geza Gyuk, Chris Bresky a Ken Walczak za veškerou vaši pomoc. Váš vhled skutečně posílil naše dovednosti nad rámec rozsahu našich projektů a ponaučení, která jsme se naučili, si poneseme v budoucnu. Rádi bychom také vyjádřili upřímnou vděčnost Kelly Bordenové a všem v planetáriu Adler, že rok co rok pořádají tento program a umožňují vášnivým mladistvým, jako jsme my, zapojit se do oblasti STEM a astronomie v našem vlastním rodném městě. A v neposlední řadě děkuji všem našim kolegům z ASW za to, že jsou tak zábavnou, vztahovatelnou a podporující skupinou. Tyto poslední 3 týdny vzájemného poznávání a spřátelení se nepodobaly ničemu, co jsme si kdy dokázali představit, a byl to zážitek, který bude trvat celý život.

ZIP soubor -

Kliknutím ZDE získáte přístup ke všem materiálům, které budete potřebovat k vytvoření modelu illuMOONation doma!